用特定晶體關聯(lián)可見光與紅外光：開啟紅外傳感新視野

紅外光譜法可用于材料分析、取證和文物鑒定等領域，但紅外光譜掃描儀體積龐大且價格昂貴。而可見光波段技術相對更經(jīng)濟且可在智能手機攝像頭和激光筆等設備上實現(xiàn)使用。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，新加坡A*STAR研究所Data Storage Institute（DSI）子所的Leonid Krivitsky和同事利用該思路，開發(fā)出一種“可將一束激光轉換為兩束相關聯(lián)的低能量光束”方法：利用兩光束的關聯(lián)，可實現(xiàn)在可見光波段光束中探測紅外波段光束。

Krivitsky認為：“這是一款非常簡單且緊湊的裝置，僅用簡單的光學元件即可實現(xiàn)，同時我們已實現(xiàn)了可與傳統(tǒng)紅外系統(tǒng)相媲美的分辨率?！?/p>

研究團隊將激光投射入鈮酸鋰晶體，該晶體通過被稱為“參數(shù)下轉換”的非線性過程，將部分激光光子分裂成兩束低能量的量子關聯(lián)光子，其中一束在紅外波段，另一束在可見光波段。

在類似于邁克爾遜干涉儀（Michelson interferometer）的裝置中，將三束光束分裂，并投射至反射鏡將其反射回晶體。當原始激光束重新進入晶體時，就創(chuàng)建了一對新的下轉換光束，與第一次射入晶體產(chǎn)生的光束發(fā)生干涉。

研究團隊正是利用了這種干涉：放置在紅外光束中的樣品影響了第一次下轉換與第二次下轉換光束之間的干涉，由于紅外光束與可見光光束是量子關聯(lián)的，這種影響可在這兩個波段的光束中被探測到。

該方法不僅能通過可見光來分析紅外光束的變化，而且可比傳統(tǒng)光譜學提供更多信息。Krivitsky說：“因為這是一種干涉測量，我們可以獨立測量光束的吸收率和折射率，這是在傳統(tǒng)紅外光譜儀中無法實現(xiàn)的?！?/p>

研究團隊通過系統(tǒng)地改變樣品在光束中的位置，能夠獲得更多關于樣品的信息。通過這些測量，研究人員可利用光學相干斷層成像技術構建樣品的三維圖像。

Krivitsky認為：“這是一種非常有影響力的概念。這也是光譜學、成像與廣泛調(diào)節(jié)波長能力的完美結合?！毖芯繄F隊利用該技術可分析在1.5微米到3微米之間的四種波長中的樣品，而以前分析這些波長下的樣品需要復雜的激光器和探測器。

該技術的應用范圍還可通過外接相應的光學元件擴展到近紅外波段和遠紅外波段。Krivitsky說道：“據(jù)我們所知，目前還沒有工作范圍超出1.5微米的市場可得的光學相干層析成像系統(tǒng)?！?/p>